Tidsupplösta studier av ultrasnabb molekyldynamik
- Diarienummer
- ICA08-0049
- Start- och slutdatum
- 090910-131231
- Beviljat belopp
- 3 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Målet med detta projekt är att tidsupplöst studera foto-inducerad molekyldynamik, först i mindre molekyler, men med det långsiktiga målet att kunna göra detta också i större system som till exempel bio-molekyler och nanostrukturer. Experimenten baseras på mätning av interferens- och diffraktions-mönster hos fria elektroner, skapade genom foto-jonisation av laser-linjerade molekyler med extremt ultraviolett och röntgen-ljus. Mätningarna kommer att göras med en vinkelupplöst hastighetsavbildande spektrometer. Det experimentella arbetet kommer att bedrivas på två fronter: dels vid frielektronlaser-faciliteter med högintensivt ljus, och dels med hjälp av laboratorie-baserade källor för attosekundspulser. I frielektronlaser-experimenten kommer den molekylära strukturen att studeras, genom att följa de interna positionerna hos de enskilda atomerna i realtid. Attosekundsexperimenten kommer att användas för att följa den mycket snabbare elektrondynamiken som ligger bakom den långsammare strukturella dynamiken vid excitation, dissociation och jonisation av molekylen. Denna kombination av experimentella tekniker erbjuder ett kraftfullt verktyg för att få en helhetsbild av den molekylära strukturen och dess dynamik, vilket är av intresse inom forskningsfält som Materialvetenskap och strukturell biologi.
Populärvetenskaplig beskrivning
Vill man ta en bild av något som rör sig mycket snabbt, krävs det att man använder en kort exponeringstid. Om kamerans slutare är öppen under för lång tid, hinner det man vill fotografera röra sig under tiden filmen exponeras, med resultatet att bilden blir suddig. Kemiska reaktioner är exempel på något som sker på väldigt kort tid, typiskt några hundra femtosekunder (en femtosekund är en miljondels miljarddels sekund). För att kunna tidsupplösa dessa har forskare under de senaste tjugo åren använt ultrakorta laserpulser, både till att starta reaktionen och för att mäta resultatet. Med femtosekundspulser är det möjligt att följa rörelserna hos de atomer som molekylen är uppbyggd av. De elektroner som binder samman atomerna i molekylen, och är ytterst ansvariga för att reaktionen sker men också för i vilken riktning reaktionen fortskrider, rör sig dock ännu snabbare än så. För att kunna tidsupplösa dessa behöver man attosekundspulser, där en attosekund är en miljarddels miljarddels sekund, det vill säga tusen gånger kortare än en femtosekund. Avsikten med detta projekt är att tidsupplöst studera vad som i detalj händer med molekyler då de genomgår en kemisk reaktion. Dessa studier vill vi göra dels på en femtosekundsskala, för att studera hur atomerna i molekylen rör sig, men också på en attosekundsskala, för att se hur elektronerna rör sig. Arbetet kommer därför att utföras vid två olika ljuskällor: dels vid stora internationella så kallade frielektronlaser-faciliteter som producerar intensiva femtosekundspulser, och dels i laboratoriet där vi har tillgång till attosekundspulser. För att se vad som händer i molekylen kommer vi i båda fallen att titta på de elektroner som skickas ut från molekylen då den absorberar laserljuset, för att till exempel se hur dessa sprids mot de olika atomerna i molekylen, eller hur de påverkar varandra. Kombinationen av experimentella tekniker som vi tänker använda erbjuder ett kraftfullt verktyg för att få en helhetsbild av den molekylära strukturen och dess dynamik, vilket är av intresse inom forskningsfält som Materialvetenskap och strukturell biologi.